專利名稱：偶氮染料廢水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、難降解、并且具有潛在致癌作用、對環(huán)境污染影響較大的偶氮染料廢水的新型的低能耗高效率的治理方法。
背景技術(shù)：
隨著染料紡織工業(yè)的迅速發(fā)展，染料廢水的大量排放對周圍的生態(tài)環(huán)境帶來的污染問題越來越嚴(yán)重。染料廢水的顏色深，分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，廢水多呈強(qiáng)酸性或堿性這使染料廢水成為極難處理的有機(jī)工業(yè)廢水之一。其中，偶氮染料在染料中應(yīng)用最為廣泛，目前市場上流通的2000多種染料中，近2/3是偶氮染料。偶氮染料一般含有一個或多個性質(zhì)十分穩(wěn)定的芳香環(huán)結(jié)構(gòu)，而且在厭氧環(huán)境下容易還原分解出致癌芳香胺，是我國當(dāng)前污染十分嚴(yán)重，亟待治理的染料廢水之一。
傳統(tǒng)的染料廢水處理方法主要有物理、化學(xué)、生物等處理方法如分離、過濾、氧化還原法、活性污泥法等。這些處理方法一般來說工藝流程長，廢水處理過程中物化反應(yīng)進(jìn)程緩慢，中間產(chǎn)物較多甚至可能產(chǎn)生有毒的中間產(chǎn)物，容易在處理過程中造成二次污染。而且一般很難達(dá)到完全降解廢水中的有機(jī)污染物。此外傳統(tǒng)方法處理染料廢水效率比較低，造價也比較昂貴。
近年來，利用超聲波來處理工業(yè)廢水成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。目前國內(nèi)利用超聲波降解含酚廢水的相關(guān)報(bào)道比較多，有關(guān)降解偶氮染料廢水的應(yīng)用和報(bào)道比較少見。并且由于超聲波的局限性以及偶氮染料分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，用超聲波方法處理偶氮染料廢水的速率和效率都不是很高，在一定程度上影響了超聲波方法在治理偶氮染料廢水方面的實(shí)際應(yīng)用。因此，國外有部分學(xué)者試圖結(jié)合其他已有的催化方法，形成超聲協(xié)同效應(yīng)促進(jìn)廢水中偶氮染料的降解。主要包括超聲與Fenton試劑相結(jié)合，超聲與電化學(xué)相結(jié)合，超聲與生物技術(shù)相結(jié)合等。但是這些技術(shù)由于所用的試劑大多價格比較昂貴，不適用于大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。另一方面，利用太陽光來降解廢水中的有機(jī)污染物是一種很有前景的廢水治理方法。但是，到目前為止國內(nèi)外范圍內(nèi)在降解廢水方面，太陽光中被有效利用的部分主要是紫外光，如超聲與紫外光相結(jié)合降解三氯苯酚。而紫外光能量僅占太陽光能量的4％，因而造成太陽光降解廢水的效率較低，難以大規(guī)模實(shí)用化。直接利用可見光的報(bào)道很少，幾乎沒有。一般是利用可見光與光催化劑相結(jié)合來處理有機(jī)污染物，如可見光與光催化劑二氧化鈦結(jié)合處理染料茜素紅(Alizarin Red)，但是通?？梢姽饪梢约ぐl(fā)的光催化劑成本都十分昂貴，因此不適宜大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
1、發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種處理偶氮染料廢水的方法，該方法采用超聲和可見光的能量相耦合，利用其產(chǎn)生的光聲協(xié)同效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)偶氮染料廢水的降解。
2、技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述的利用超聲和可見光能量相耦合來處理偶氮染料廢水的方法，包括以下步驟(1)將偶氮染料廢水放入廢水處理池；(2)根據(jù)超聲輻照方式安裝超聲波發(fā)生裝置，根據(jù)可見光輻照方式安裝可見光光源；(3)同時打開超聲波發(fā)生裝置和可見光光源，對偶氮染料廢水進(jìn)行超聲和光共同輻照；(4)對廢水進(jìn)行處理的同時檢測染料分解結(jié)果，若分解達(dá)到飽和，則停止處理。
步驟(2)中超聲波發(fā)生裝置產(chǎn)生的超聲波頻率范圍為20KHz-1MHz。
步驟(2)中的超聲輻照方式可采用在處理池側(cè)面輻照式、底部輻照式、從頂部向下輻照式或者超聲波發(fā)生裝置工具頭插入廢水溶液中的方式。
步驟(2)中的超聲波發(fā)生裝置為一組超聲換能器互相組合，作為超聲輻照源。超聲輻照源中超聲換能器可以是一個，也可根據(jù)需要設(shè)有多個，例如兩個、三個、四個或者更多的超聲換能器，并且超聲換能器可以是同頻率同功率的，也可以是不同頻率但是相同功率的，也可以是頻率相同但是功率不同，也可以是頻率和功率都不同的。
步驟(2)中可見光光源的波長范圍主要為可見光波段。
步驟(2)中的可見光輻照方式可采用側(cè)面輻照、底部輻照或者頂部輻照的方式。
步驟(3)中的可見光光源為一組光源，光源可以為一個、兩個、三個或者更多，各光源的功率可以相同也可以不同；可見光光源可采用天然的太陽光，也可以采用如氙燈、鹵素?zé)舻入姽庠?，也可以采用太陽光與電光源相結(jié)合的方式。
本發(fā)明旨在直接充分利用占太陽光絕大部分能量的可見光來處理偶氮染料廢水，利用超聲波和可見光同時輻照，利用光聲協(xié)同效應(yīng)分解偶氮染料廢水。一般情況下，偶氮染料的分子結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，在光的照射下基本不會發(fā)生降解現(xiàn)象。本發(fā)明通過運(yùn)用超聲和可見光的能量相耦合，也就是將超聲和可見光共同作用于偶氮染料廢水，利用其產(chǎn)生的光聲協(xié)同效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)偶氮染料廢水的降解。該方法直接充分利用太陽光能量中的可見光部分，大大降低了處理染料廢水的成本，并且實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法在處理廢水過程中效率比單獨(dú)利用超聲波方法的效率有大幅度提高。此外該方法對設(shè)備的要求比較低，并且易于操作，在處理偶氮染料廢水過程中也不會產(chǎn)生二次污染，是一種環(huán)保清潔的治理方式。
3、有益效果通過本發(fā)明所述方法，對偶氮染料廢水的進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)了廢水中偶氮染料的降解(1)偶氮染料廢水經(jīng)該方法處理后色度由原來的較深變?yōu)榻鼰o色，染料分子絕大部分已經(jīng)被完全降解，并且不產(chǎn)生有毒中間產(chǎn)物；如圖2所示，可見酸性橙II吸收譜隨著輻照時間的增加，峰值處的吸光度越來越低，并且吸收譜趨于平坦，表征了酸性橙II在溶液中的含量越來越低，酸性橙II絕大部分被完全降解；(2)大大提高了偶氮染料的降解速率及效率；如圖1所示，酸性橙II廢水溶液在本發(fā)明方式處理下降解的速率和效率比傳統(tǒng)超聲單獨(dú)處理和可見光單獨(dú)處理下的速率和效率有了大幅提高。由圖1可知，本發(fā)明方式處理下9小時后酸性橙II的分解率分別為經(jīng)相同時間處理后傳統(tǒng)超聲處理方式下分解率的兩倍多以及可見光處理下分解率的25倍；(3)充分利用了太陽光能量中的可見光部分，降低了成本；(4)不附加引入其他化學(xué)物質(zhì)，既降低了成本又對不會帶來二次污染；(5)通過引入可見光能量充分利用了超聲波能量，使得超聲波降解偶氮染料的效率提高，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。
四

圖1是一種典型的染料廢水酸性橙II經(jīng)傳統(tǒng)超聲單獨(dú)處理方式以及可見光單獨(dú)處理方式和本發(fā)明方式處理后的效果比較圖；圖2是超聲和可見光共同輻照下酸性橙II廢水溶液吸收譜的變化曲線示意圖。
五具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1本實(shí)施例包括下列步驟(1)室溫下，將濃度為1.43×10-4mol/L的酸性橙II廢水溶液放入處理池，其中酸性橙II為一種典型的偶氮染料；(2)采用的超聲波發(fā)生裝置發(fā)生的超聲波頻率為1MHz，換能器的電功率為40W，輻照方式為從廢水處理池底部輻照；(3)采用可見光光源采用氙燈(0-300W)一個，平均輻照光功率為7.64mW/cm2，輻照方式為光源由處理池上方向下輻照；(4)同時打開超聲波發(fā)生裝置和可見光光源，對偶氮染料廢水進(jìn)行超聲和光共同輻照；(5)對廢水進(jìn)行處理的同時檢測染料分解結(jié)果，若分解達(dá)到飽和，則停止處理。
處理結(jié)果顯示，在本發(fā)明方式的處理下酸性橙II的分解率在兩小時內(nèi)迅速達(dá)到70％左右，此后逐漸達(dá)到飽和。共同處理9小時后，分解率達(dá)到75％左右。處理過程中溶液由深色度的橙紅色逐漸變淺，最后接近無色。并且通過測量溶液的吸收譜未發(fā)現(xiàn)有毒物質(zhì)產(chǎn)生。
此外，實(shí)施例1中還做了同條件下本發(fā)明方式與傳統(tǒng)超聲處理方式和可見光處理方式的結(jié)果對比。如圖1所示，酸性橙II溶液經(jīng)超聲單獨(dú)處理3小時后，酸性橙II的分解率達(dá)到30％左右，此后逐漸趨于飽和。超聲處理9小時后分解率達(dá)到35％左右。而酸性橙II溶液經(jīng)可見光單獨(dú)處理9小時后，酸性橙II幾乎沒有降解，分解率僅為3％；由對比結(jié)果可知，本發(fā)明方式處理下酸性橙II的分解率分別為傳統(tǒng)超聲處理方式下分解率的兩倍多以及可見光處理下分解率的25倍。
實(shí)施例2本實(shí)施例采用兩個20KHz，150W的超聲換能器作為超聲源，代替實(shí)施例1中的超聲換能器，輻照方式采用超聲換能器工具頭插入廢水溶液中的方式。進(jìn)行實(shí)施例1中相同步驟，得到了與實(shí)例1一致的結(jié)果。
實(shí)施例3用20KHz，150W的超聲換能器和1MHz，40W的超聲換能器結(jié)合作為超聲輻照源。20KHz的超聲換能器輻照方式采用工具頭浸入廢水溶液的方式，1MHz，40W的超聲換能器從廢水池底部照射；可見光光源采用兩個不同輻照光功率的氙燈相結(jié)合，其中一個氙燈的輻照方式采用由處理池上方向下輻照式，平均輻照光功率為7.64mW/cm2，另一個氙燈輻照方式為從處理池側(cè)面向溶液中輻照，平均輻照光功率為3.80mW/cm2。進(jìn)行實(shí)施例1中相同步驟，得到了與實(shí)例1一致的結(jié)果。
實(shí)施例4用偶氮染料活性黑5代替實(shí)施例1中的酸性橙II，進(jìn)行實(shí)施例1中相同的步驟，得到了與實(shí)施例1一致的結(jié)果。
實(shí)施例5用太陽光和一個氙燈相結(jié)合作為光源代替實(shí)施例1中的光源。氙燈的平均輻照光功率為7.64mW/cm2，輻照方式為光源由處理池上方向下輻照。進(jìn)行實(shí)施例1中相同的步驟，得到了與實(shí)施例1一致的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種偶氮染料廢水處理方法，其特征在于，該方法包括下列步驟(1)將偶氮染料廢水放入廢水處理池；(2)安裝超聲波發(fā)生裝置和可見光光源；(3)同時打開超聲波發(fā)生裝置和可見光光源，對偶氮染料廢水進(jìn)行超聲和光共同輻照；(4)對廢水進(jìn)行處理的同時檢測染料分解結(jié)果，若分解達(dá)到飽和，則停止處理。
2.如權(quán)利要求1所述的偶氮染料廢水處理方法，其特征在于，步驟(2)中超聲波發(fā)生裝置產(chǎn)生的超聲波頻率范圍為20KHz-1MHz。
3.如權(quán)利要求1所述的偶氮染料廢水處理方法，其特征在于，步驟(2)中根據(jù)超聲輻照方式安裝超聲波發(fā)生裝置，超聲輻照方式可采用在處理池側(cè)面輻照式、底部輻照式、從頂部向下輻照式或者超聲波發(fā)生裝置工具頭插入廢水溶液中的方式。
4.如權(quán)利要求1所述的偶氮染料廢水處理方法，其特征在于，步驟(2)中的超聲波發(fā)生裝置為一組超聲換能器，作為超聲輻照源。
5.如權(quán)利要求1所述的偶氮染料廢水處理方法，其特征在于，步驟(2)中可見光光源的波長范圍為可見光部分。
6.如權(quán)利要求1所述的偶氮染料廢水處理方法，其特征在于，步驟(2)中根據(jù)可見光輻照方式安裝可見光光源，可見光輻照方式可采用側(cè)面輻照、底部輻照或者頂部輻照的方式。
7.如權(quán)利要求1所述的偶氮染料廢水處理方法，其特征在于，步驟(3)中的可見光光源可為天然的太陽光。
8.如權(quán)利要求1所述的偶氮染料廢水處理方法，其特征在于，步驟(3)中的可見光光源為一組光源，作為可見光光源。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種偶氮染料廢水處理方法，該方法包括下列步驟將偶氮染料廢水放入廢水處理池；根據(jù)超聲輻照方式安裝超聲波發(fā)生裝置，根據(jù)可見光輻照方式安裝可見光光源；同時打開超聲波發(fā)生裝置和可見光光源，對偶氮染料廢水進(jìn)行超聲和光共同輻照；對廢水進(jìn)行處理的同時檢測染料分解結(jié)果，若分解達(dá)到飽和，則停止處理。本方法的有益效果是染料分子絕大部分已經(jīng)被完全降解，并且不產(chǎn)生有毒中間產(chǎn)物；大大提高了偶氮染料的降解速率及效率；充分利用了太陽光能量中的可見光部分，降低了成本；不附加引入其他化學(xué)物質(zhì)，既降低了成本又不會帶來二次污染；通過引入可見光能量充分利用了超聲波能量，使得超聲波降解偶氮染料的效率提高，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。
文檔編號C02F1/30GK1872712SQ200610085548
公開日2006年12月6日 申請日期2006年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月22日
發(fā)明者劉曉峻, 馬春瑩, 許堅(jiān)毅, 張海新, 徐崢 申請人:南京大學(xué)